磁阻传感器制造技术

一种电机，其至少包括印刷电路板和导磁元件。印刷电路板包括磁阻线圈，该磁阻线圈配置成在存在磁通的情况下产生电压。导磁元件具有定位成邻近于电机的转子的第一端部，以及定位成邻近于印刷电路板的线圈的第二端部。在一些示例中，转子的旋转引起穿过导磁元件的磁通发生变化并产生跨磁阻线圈的电压。生变化并产生跨磁阻线圈的电压。生变化并产生跨磁阻线圈的电压。

【技术实现步骤摘要】
磁阻传感器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2021年1月7日提交的序列号为63/134,845(案卷号010222
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20043A)的美国临时实用专利申请的优先权权益。该美国临时实用专利申请的全部公开内容在此通过参引并入。


[0003]本公开总体上涉及包括马达和发电机的电机的领域，并且具体地涉及电机中的转子的位置的检测。示例性的电机包括直流马达和发电机、交流发电机和同步马达，以及感应马达或异步机。电机包括被称为转子的旋转部分以及被称为定子的静止部分。电机的控制可能需要对转子和定子的相对位置的检测或者通过对转子和定子的相对位置的检测以其他方式改进。
附图说明
[0004]图1图示了示例性电机。
[0005]图2图示了用于示例性的转子位置感测系统的示例性磁等效回路。
[0006]图3和图4图示了示例性的转子位置感测系统。
[0007]图5、图6和图7图示了转子位置感测系统的附加示例实施方式。
[0008]图8图示了用以施加恒定的直流电流并且提取通过磁阻传感器的磁通的信号的示例性驱动及滤波电路。
[0009]图9图示了由图8中图示的电路产生的示例波形。
[0010]图10和图11图示了用以施加时变电压并且提取指示磁路的长度的信号的示例性驱动及滤波电路。
[0011]图12和图13图示了表示通过磁阻传感器的电流的示例波形。
[0012]图14图示了来自与图10和图11的时变驱动电路相关联的转子位置感测系统的示例波形。
[0013]图15、图16、图17和图18图示了移动经过磁阻传感器的示例性的齿轮的四个位置。
[0014]图19、图20、图21和图22图示了示例性的齿轮在其移动经过示例性的可变磁阻传感器时的四个位置。
[0015]图23、图24、图25、图26、图27、图28、图29和图30图示了示例性的孔轮在其移动经过示例性的可变磁阻传感器时的位置。
[0016]图31图示了用于转子位置感测系统的示例性控制器。
[0017]图32图示了用于转子位置感测系统的示例性控制器。
具体实施方式
[0018]电机可以是包括转子和定子的电磁旋转机器。转子和定子定位在气隙的相对两侧，存在通过该气隙的磁场并且磁通在转子与定子之间流动。磁场可以由永磁体或者由在
绕组中流动的电流产生。尽管其他示例是可能的，但是电机可以是马达或发电机。可以被称为引擎发电机组或发电机组的发电机可以包括动力源(例如，引擎)以及交流发电机或者用于从机械能产生电能或电力的另一装置。另一方面，马达接收电能并且通过输出扭矩将电能转换为机械能。
[0019]对电机进行控制通常需要对被称为转子的旋转元件的绝对或相对位置的反馈。该位置通常使用位置传感器来测量。位置传感器可以利用多种不同的技术，比如机械传感器、机械换向器、光学传感器、可变磁阻传感器和霍尔效应传感器。电机通常联接至引擎。在这种情况下，引擎通常由引擎控制单元(ECU)控制。ECU通常需要引擎位置信息，以用于对某些引擎致动器——比如喷油器、点火装置、排放控制装置、保护功能件或引擎速度的控制件——进行适当排序。
[0020]以下实施方式包括基于由电机的转子的旋转而引起的磁场和/或磁阻的转子位置感测系统。在一个示例中，电机的转子包括转子齿(钢或其他金属的延伸部)以及转子齿之间的槽(没有钢或其他金属)。印刷电路板(PCB)包括感测线圈。PCB的感测线圈中产生的电流或电压可以根据通过感测线圈的磁场或磁阻而波动。当转子齿经过感测线圈附近时，磁场或磁阻发生变化。控制器(例如，ECU)可以监测和检测产生的电流或电压的波动，以确定有多少齿经过感测线圈和/或齿经过感测线圈的速度以便确定转子的位置和/或速度。在一个示例中，PCB还包括用于电机的定子绕组。PCB可以包括包含感测线圈的外部部分(例如，在转子的磁性部分外侧)，以及内部部分(例如，与转子的磁性部分相邻)。
[0021]图1示出了示例性电机，该示例性电机包括转子位置检测系统20以及由PCB21实现的定子，PCB 21与包括永磁体的转子124配合地布置。永磁体限定磁性区域，在该磁性区域，当转子旋转时，来自磁体的磁通显著地变化。磁性区域可以径向地位于磁体的内径与磁体的外径之间。磁性区域可以略微延伸到由磁体的内径和外径限定的区域之外。感测线圈22位于由磁体的内径和外径限定的磁性区域之外。感测线圈22可以在磁性区域之外预定距离(例如，1英寸、3厘米、10厘米或其他值)。预定距离可以根据一个或多个因素来选择。一个示例因素基于旋转特征，比如齿或孔。例如，预定距离可以基于齿或孔的相对磁导率的大小。另一示例因素基于静止特征，比如导磁元件。例如，预定距离可以基于导磁元件的相对磁导率的大小。一个示例因素是存在导磁特征时的磁路的长度。一个示例因素是不存在导磁特征时的磁路长度。一个示例因素可以包括机器中的机械公差(比如端部间隙或制造公差)。
[0022]由磁体的内径和外径限定的区域之外的区域可以被称为非磁性区域、外周，或外部传感器区域。
[0023]定子支撑在定子外壳125中，该定子外壳125连接至引擎缸体121。转子124由将其连接至定子外壳125和引擎曲轴120的支承件支撑。印刷电路板可以包括响应于磁体的相对运动通过电磁感应而通电的导线线圈或迹线。线圈可以包括在印刷电路板的不同层中。由于线圈位于印刷电路板上，电枢电感(由用于引导磁通通过绕组的铁的磁导率引起)可能较低，这会降低负载下的电压降，提高发电机的效率并减少连接的半导体二极管的换向损耗，以将机器的输出整流为直流。
[0024]绕组的形状可以包括匹配磁体形状的同心的圆、矩形、梯形或者其他形状。励磁绕组可以由铜或其他导电材料形成。迹线可以存在于PCB的多层上。形成励磁绕组的迹线配置成响应于定子磁体的磁场而感生场电流。
[0025]尽管本文所示的实施方式涉及轴向气隙电机，但是预期实施方式涉及径向气隙电机、引擎、从动部件，比如驱动轴、风扇、推进器或类似的从动部件。此外，本文所公开的公开内容的范围不限于针对旋转元件的位置感测。本领域技术人员可以将本文中的构思应用于可以基于磁路的磁阻来测量物理量的任何情况。示例包括但不限于线性位置测量、压力测量、声音测量、温度测量、磁饱和水平、同素异形体特性、冶金特性、力测量和扭矩测量。
[0026]图2图示了针对图3和图4所示的示例性的转子位置感测系统20的示例性磁等效回路10。对于示例性磁等效回路10，等效回路10中的电流对应于通过图3和4所示的磁路12的磁通。磁等效回路10中的电流与供应回路的总磁动势以及由R
g
、R1、R2、R
a1
和R
a2
之和所表示的沿着磁路的总等效电阻有关。
[0027]示例性磁等效回路10由磁场生成装置11生成的磁动势(MMF)供应。磁场生成装置11的典型示例包括导电线圈(例如，PCB上的一个或多个线圈迹线)、单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电机，包括：印刷电路板，所述印刷电路板包括配置成在存在磁通的情况下产生电压的磁阻线圈；以及导磁元件，所述导磁元件具有定位成邻近于所述电机的转子的第一端部，以及定位成邻近于所述印刷电路板的所述线圈的第二端部；其中，所述转子的旋转引起穿过所述导磁元件的磁通发生变化并产生跨所述磁阻线圈的电压。2.根据权利要求1所述的电机，还包括：多个激磁线圈，所述多个激磁线圈配置成产生电压以提供由所述电机产生或由所述电机消耗的扭矩。3.根据权利要求2所述的电机，其中，所述印刷电路板包括所述多个激磁线圈。4.根据权利要求2所述的电机，其中，所述印刷电路板包括包含所述多个激磁线圈的磁性区域以及包含所述磁阻线圈的外周区域。5.根据权利要求1所述的电机，还包括：控制器，所述控制器配置成接收指示由所述磁阻线圈产生的电压的数据。6.根据权利要求5所述的电机，其中，所述控制器对指示由所述磁阻线圈产生的电压的数据进行比较，以估算所述转子的位置或速度。7.根据权利要求1所述的电机，其中，所述转子还包括至少一个旋转元件和至少一个永磁体。8.根据权利要求7所述的电机，其中，所述永磁体产生流经所述至少一个旋转元件、所述导磁元件和包括所述磁阻线圈的所述电路板的磁通。9.根据权利要求1所述的电机，其中，所述电机是轴向气隙电机、径向气隙电机或马达。10.根据权利要求1所述的电机，其中，所述至少一个旋转元件包括间隔开的转子齿，其中，磁通以指示所述转子的位置或速度的模式经过所述转子齿流到所述磁阻线圈。11.根据权利要求1所述的电机，其中，所述至少一个旋转元件包括孔，所述孔配置成以指示所述转子的位置或速度的模式影响通向所述磁阻线圈的磁通。12.根据权利要求1所述的电机，还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：I，
申请(专利权)人：科勒公司，
类型：发明
国别省市：